[論文レビュー] Population Gradients in Galaxy Clusters at 0.2 < Z < 0.6

E. Ellingson, H. Lin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、0.2 < z < 0.6 の15個のX線連性銀河クラスタの銀河スペクトルに対する主成分分析（PCA）を用い、星々の集団に空間的勾配が存在することを明らかにした。その結果、外縁部では場の銀河に類似した若年齢の集団から、クラスターコア部では進化した高齢の集団へと移行していることが示された。赤方偏移が高い領域での勾配が急であることは、バーサ・オエムラー効果を裏付け、場の銀河がクラスタに流入するレートが低下していることを示唆しており、最大の流入は z > 0.7 の頃に発生した可能性がある。

ABSTRACT

We present a principal component analysis of galaxy spectra from the CNOC sample of rich X-ray luminous clusters at 0.18 < z < 0.55. Composite radial distributions of different stellar populations show strong gradients as a function of cluster-centric redshift. The composite population is dominated by evolved populations in the core, and gradually changes to one which is similar to coeval field galaxies at radii greater than the virial radius. We do not see evidence in the clusters for an excess of star formation over that seen in the coeval field. Within this redshift range, significant evolution in the gradient shape is seen, with higher redshift clusters showing steeper gradients. This results in larger numbers of younger galaxies seen towards the inner regions of the clusters-- in effect, a restatement of the Butcher-Oemler effect. Luminosity density profiles are consistent with a scenario where this phenomenon is due to a decline over time in the infall rate of field galaxies into clusters. Depending on how long galaxies reside in clusters before their star formation rates are diminished, this suggests an epoch for maximal infall into clusters at z > 0.7. We also discuss alternative scenarios for the evolution of cluster populations.

研究の動機と目的

• 中赤方偏移銀河クラスタにおける星々の集団の空間的分布を調査すること。
• 銀河集団の勾配が宇宙時間とともにどのように進化するか、およびクラスタ構造とどのように関係するかを特定すること。
• バーサ・オエムラー効果が、場の銀河がクラスタに流入するレートの低下によって生じるのかを検証すること。
• 環境的プロセス（例：ラム圧ストリッピングや銀河間相互作用）がクラスタ集団進化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• CNOC調査から得られた1,200個のスペクトル的に確認済みのクラスタ銀河の、rest-frame 3500–4500 Å スペクトルに主成分分析（PCA）を適用した。
• ラス・カンパニャス赤方偏移調査から得られた4つの正規直交PCAベクトルを用いた：発光線成分2つ（[OII], [OIII]）、バルマー吸収成分（中年齢星）、楕円銀河に類似した成分（高齢星集団）。
• クラスタ銀河スペクトルをこれらのPCAベクトルに射影することで、クラスタ半径にわたる集団勾配を滑らかにマッピング可能な合成径方向集団分布を構築した。
• 場の銀河の進化を補正するため、同じ赤方偏移と等級の共評価場の銀河スペクトルを用いた。
• 赤方偏移のビン（z ≈ 0.23 と z ≈ 0.43）間で集団勾配を比較し、時間的進化を評価した。
• X線ガス密度および空間的分布データを用いて、ガス密度の進化、銀河相互作用レートの変化、または高赤方偏移銀河の耐性増加といった代替シナリオを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0.23 から z ≈ 0.43 の間で、銀河クラスタ内の星々の集団の径方向勾配はどのように進化するか？
• RQ2 観測されたクラスタ集団勾配の進化は、場の銀河がクラスタに流入するレートの低下と整合的か？
• RQ3 クラスタの集団成分の強さとX線ガス密度に相関があるか？ これは、ガスストリッピングが進化の主因である可能性を示唆するか？
• RQ4 高赤方偏移銀河は環境的ストリッピングに対してより耐性がある可能性があるが、それにより高赤方偏移で勾配が平坦になるのか？
• RQ5 銀河間相互作用や進化するクラスタダイナミクスは、観測された集団勾配を形成する上でどのような役割を果たすか？

主な発見

• 合成径方向集団勾配は、バーリル半径を超える領域で場の銀河に類似した若年齢の集団から、クラスターコア部で進化した高齢の星集団へと滑らかに移行している。
• 赤方偏移が高いクラスタ（z ≈ 0.43）は、赤方偏移が低いクラスタ（z ≈ 0.23）よりも急な集団勾配を示しており、バーサ・オエムラー効果と整合的であり、初期の時代にはクラスタ中心部に星形成銀河が多いことを示唆している。
• 観測された進化は、場の銀河がクラスタに流入するレートの低下によって最もよく説明され、最大の流入は z > 0.7 の頃に発生した可能性が高い。
• クラスタ集団成分とX線ガス密度との間に有意な相関は認められず、ガス密度の進化が集団進化の主因ではないことを示唆している。
• 高赤方偏移銀河が環境的影響に対してより耐性があるというシナリオは、データと整合しない。なぜなら、集団分布は高赤方偏移でも内側でピークが高くなるのではなく、単純な垂直シフトを示しているからである。
• 共評価場の銀河集団の補正とX線ガスとの相関なしを踏まえると、進化する相互作用レートや場の銀河進化といった代替メカニズムは、より可能性が低いとされた。